閃爍晶體市場(chǎng)概況

1、閃爍晶體市場(chǎng)概況閃爍體是指在高能粒子或射線(如x射線、射線等)的作用下能夠發(fā)出脈沖光的物體。它是光電功能材料，被廣泛用于高能物理、核物理、空間物理、核醫(yī)學(xué)、地質(zhì)勘探、安全檢查以及國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域。閃爍體在地球物理探礦中有廣泛應(yīng)用，一般通過(guò)60co發(fā)出射線，通過(guò)另一地方接收到的信號(hào)就可以分析礦床情況；在石油勘探方面閃爍體發(fā)揮著重要作用；在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，利用射線制成手術(shù)刀，監(jiān)測(cè)射線的也是閃爍體；在焊接大型高壓容器，宇航設(shè)備等無(wú)損探傷方面閃爍體也都起著關(guān)鍵作用；在機(jī)場(chǎng)安全檢查以及貨運(yùn)集裝箱的檢查中廣泛采用閃爍體作為探測(cè)器。下圖給出了閃爍晶體的產(chǎn)業(yè)鏈及其應(yīng)用領(lǐng)域。注：影像檢測(cè)醫(yī)療器材：如全身正子攝影儀、單光

2、子攝影儀、加馬攝影儀、x光攝影儀醫(yī)藥研究：臨床前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)攝影儀，如micro-pet、micro-spect、micro-ct農(nóng)業(yè)生技：水果蟲(chóng)害檢測(cè)、農(nóng)作物營(yíng)養(yǎng)吸收與成長(zhǎng)等非破壞性檢測(cè)工業(yè)檢測(cè)：核能與太陽(yáng)能等能源工業(yè)元件非破壞性檢測(cè)安全檢測(cè)：機(jī)場(chǎng)、海關(guān)安全檢查，貨柜安全檢查輻射防護(hù)：上述應(yīng)用區(qū)域皆需輻射防護(hù)設(shè)備，環(huán)境監(jiān)控儀器 圖2 lso:ce閃爍晶體圖片二、行業(yè)基本狀況及趨勢(shì)目前，閃爍晶體的發(fā)展正處于一個(gè)新的上升時(shí)期。近年來(lái)，在高能物理和空間研究、醫(yī)學(xué)成像以及迅猛發(fā)展的工業(yè)檢測(cè)和安全檢察等眾多高技術(shù)裝備中正在愈來(lái)愈多地出現(xiàn)閃爍晶體的身影，閃爍晶體與人們愈走愈近。國(guó)際上，從事閃爍晶體的開(kāi)發(fā)工作

3、的單位很多，如俄羅斯的btcp，烏克蘭的amcrys-h，法國(guó)crismatec，德國(guó)的korth, molecular technology，美國(guó)的bicron， optovac，rexon和cti，英國(guó)的hilger-crystals，日本的ohyo koken koyo和shin-etsuchemical，捷克的crytur，中國(guó)的sic(上海硅酸鹽所)和bgri(北京玻璃研究院)等。目前，從生產(chǎn)規(guī)模上看俄羅斯btcp和中國(guó)上海硅酸鹽所處于領(lǐng)先水平。國(guó)內(nèi)從事閃爍晶體生長(zhǎng)和性能研究的單位也很多，但具有批量生產(chǎn)能力的單位卻為數(shù)不多。近十年來(lái)，北京玻璃研究院與上海硅酸鹽所聯(lián)合或各自獨(dú)立地參與了

4、多項(xiàng)國(guó)際高能物理工程，確立了中國(guó)在國(guó)際閃爍晶體領(lǐng)域的重要地位，并樹(shù)立了良好的國(guó)際形象。目前大批量生產(chǎn)的多數(shù)大尺寸閃爍晶體都是從熔體中生長(zhǎng)的，采用的方法有czochralski法(晶體提拉法)和bridgnian-stockbarger(坩堝下降法)。國(guó)外主要采用第一種方法，而且主要靠提拉大截面晶體毛坯的辦法降低生產(chǎn)成本。國(guó)內(nèi)的批量生產(chǎn)則主要采用下降法，包括真空石墨坩堝下降法和大氣鉑坩堝下降法，前者主要用于生長(zhǎng)鹵化物晶體，后者主要用于生長(zhǎng)氧化物晶體。其中，大氣鉑坩堝下降法更具特點(diǎn)，一臺(tái)爐子可一次生長(zhǎng)多根甚至數(shù)十根晶體，產(chǎn)量高、成本低，具有產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢(shì)。由于研制、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用時(shí)間上的差別以及自身性能、

5、價(jià)格等因素的不同，各種閃爍晶體的產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)程度不盡相同。 1、nai:tl晶體因發(fā)現(xiàn)早、使用面廣，所以生產(chǎn)單位較多，產(chǎn)量較大，而且多數(shù)生產(chǎn)單位直接將其做成器件。烏克蘭的amcrys-h公司可提拉生長(zhǎng)尺寸達(dá)(50x70cm3,重達(dá)500kg的nai:tl晶體毛坯。2、bgo晶體bgo晶體是一種多功能晶體。作為閃爍晶體，在很多應(yīng)用領(lǐng)域，如高能物理、核醫(yī)學(xué)成像等，它已取代了或部分取代了nai:tl, csi:tl晶體。由上海硅酸鹽所提供全部晶體(共11,380根)建造的l3裝置，是目前高能物理研究中使用bgo晶體最多的裝置。由于價(jià)格低廉的新型閃爍晶體pwo的成功開(kāi)發(fā)以及csi: ti輻照硬度的提高，

6、最大量使用bgo晶體的領(lǐng)域已從高能物理逐漸轉(zhuǎn)向了核醫(yī)學(xué)成像。目前，bgo晶體已成為pet首選閃爍晶體。美國(guó)ge公司已經(jīng)向上海硅酸鹽所訂購(gòu)了價(jià)值3000多萬(wàn)美元的bgo晶體，用于制作pet機(jī)。3、csi:ti晶體 20世紀(jì)80年代，人們就注意到了csi: ti晶體的優(yōu)點(diǎn)：發(fā)射光譜可與體積比光電倍增管小的硅光二極管匹配，輻照長(zhǎng)度較nai:tl晶體短以及較弱的吸濕性等。近幾年來(lái)，該晶體由于抗輻照能力得到提高而倍受青睞，被先后用于cesr的cleo 11，lear的c. barrel, slac的babar, kek的belle等探測(cè)器中，數(shù)量近4萬(wàn)根，約5噸多重。我國(guó)的北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)(bepc)

7、即將進(jìn)行升級(jí)改造，也已選用了csi:tl晶體，所需數(shù)量約8000根，重約3噸。4、baf2晶體自1982年baf2晶體的快發(fā)光分量被發(fā)現(xiàn)以后，國(guó)際高能物理界聯(lián)合有關(guān)晶體生長(zhǎng)單位進(jìn)行了大規(guī)模的研究，并在不久以后被確定為超級(jí)超導(dǎo)對(duì)撞機(jī)(ssc)用閃爍晶體(總數(shù)達(dá)16,200根)。值得一提的是，在此期間，北京玻璃研究院采用真空石墨坩堝下降法生長(zhǎng)的baf2樣品被ssc工程晶體專(zhuān)家組評(píng)議為“世界上最好的，晶體性能達(dá)到了ssc的質(zhì)量要求”。進(jìn)一步擴(kuò)大了中國(guó)在國(guó)際閃爍晶體以及高能物理領(lǐng)域中的影響，并先后為美國(guó)的caltech, lbnl和lanl，德國(guó)的giessen大學(xué)，荷蘭以及印度等，提供了大量特大尺寸

8、的baf2晶體。5、pwo晶體目前，pwo晶體主要局限于高能物理領(lǐng)域，但需求數(shù)量很大，總重量約16噸。如歐洲核子研究中心(cern)正在建造的lhc裝置，將使用10多萬(wàn)根pwo晶體。另外，美國(guó)的費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室(fnal )也計(jì)劃選用pwo晶體建造btev裝置，使用數(shù)量約24,000根。國(guó)際上，與cern和fnal合作開(kāi)發(fā)pwo晶體主要有三家，即俄羅斯的btcp、中國(guó)的sic和bgri，三家都已得到了高質(zhì)量的大尺寸晶體。 一些學(xué)者正在研究對(duì)pwo晶體進(jìn)行各種摻質(zhì)實(shí)驗(yàn)，目的是大幅度提高其光產(chǎn)額，為pwo尋求新的用途。三、市場(chǎng)需求分析1、石油工業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了無(wú)機(jī)閃爍晶體需求的快速增長(zhǎng) 石油工業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)

9、了無(wú)機(jī)閃爍晶體需求的快速增長(zhǎng)。圖3給出了國(guó)際機(jī)構(gòu)對(duì)2005年至2010年的全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度、石油產(chǎn)量、石油消費(fèi)量和無(wú)機(jī)閃爍晶體市場(chǎng)增幅的預(yù)測(cè)。從預(yù)計(jì)結(jié)構(gòu)上看，世界石油消費(fèi)增長(zhǎng)速度會(huì)略高于產(chǎn)量增長(zhǎng)。從資源角度看，20年內(nèi)世界石油供需會(huì)大致保持平衡，但此后供需關(guān)系將趨于緊張，原油的勘探、開(kāi)采會(huì)呈快速上升趨勢(shì)。同時(shí)，由于目前無(wú)機(jī)閃爍晶體存在供需缺口（即供應(yīng)不足）和牛鞭效應(yīng)放大作用的影響，無(wú)機(jī)閃爍晶體市場(chǎng)將以2.8%的增速快速增長(zhǎng)。圖3 2005-2010年無(wú)機(jī)閃爍晶體市場(chǎng)2、其他領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用也帶動(dòng)了無(wú)機(jī)閃爍晶體需求的快速增長(zhǎng)近年來(lái)，在高能物理和空間研究、醫(yī)學(xué)成像以及迅猛發(fā)展的工業(yè)檢測(cè)和安全檢查等眾多高技術(shù)裝備中正在愈來(lái)愈多地應(yīng)用到閃爍晶體，該材料對(duì)于普通人越來(lái)越不陌生，需求量快速增長(zhǎng)。圖4和圖5給出了閃爍晶體在pet/ct醫(yī)學(xué)影像檢測(cè)中的應(yīng)用市場(chǎng)變化趨勢(shì)。圖4 2007-2011年pet市場(chǎng)變化趨勢(shì)圖5 2007-2011年pet/ct市場(chǎng)變化趨勢(shì)四、閃爍晶體的產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)展望 1、高能物理用閃爍晶體 由于高能物理實(shí)驗(yàn)的前沿之一將是研究更高能量(tev級(jí)甚至更高)的輻射，裝置很大，需要晶體數(shù)量很多，因而要求閃爍晶體不僅具有高密度a ( 7g/cm3 )、快衰減(1550ns)和